Cuadros de conmutación en emplazamientos con redes eléctricas inestables

La previsión de sobretensiones e inestabilidad en la red principal ha de ser tenida en cuenta para prevenir futuras incidencias, fallos en la conmutación, y los consecuentes cortes en el suministro y sobrecostes en la instalación.

Antonio Moreno, HIMOINSA Sales Engineer

Las características de la instalación donde se va a colocar un grupo electrógeno en emergencia, como fuente de energía alternativa cuando falla el suministro de la red principal, determinan enormemente la elección del sistema de conmutación. Además de la potencia suministrada, la tensión y la frecuencia de la red, también el emplazamiento y el layout de la instalación son factores que deben ser debidamente calibrados antes de tomar una decisión. Una mala elección puede derivar en un mal funcionamiento, cortes en el suministro de energía y sobrecostes inesperados en la instalación. Todas las tecnologías existentes en el mercado son válidas para realizar una conmutación satisfactoriamente, pero ¿son todas ellas adecuadas para emplazamientos con una red eléctrica inestable? ¿Qué parámetros deben valorarse antes de optar por uno u otro tipo de conmutación?

Tipos de conmutación y soluciones estándar en función del amperaje

Un cuadro de conmutación o ATS (Automatic Transfer Switch) es un dispositivo que dispone de una salida de potencia y dos entradas de energía, una de ellas correspondiente a la fuente principal (normalmente la red eléctrica) y la otra a una fuente de emergencia (generalmente, un grupo electrógeno). Mientras el funcionamiento de la red es normal, su entrada está activada en el cuadro de conmutación. Cuando ésta falle o los parámetros se encuentren fuera del rango

establecido, el sistema desconectará esta entrada de red y activará la entrada de energía del grupo electrógeno para que el suministro continúe hasta que la red vuelva a ser estable y se realice el proceso inverso.

Para la realización de la conmutación en general, y en particular la conmutación de la red a un grupo electrógeno, existen hoy día varias tecnologías disponibles:

PAREJA DE CONTACTORES

Son el sistema de conmutación más sencillo del mercado compuesto de dos interruptores electromecánicos que establecen o interrumpen el paso de corriente tan pronto se dé tensión a la bobina.

PAREJA DE SECCIONADORES O INTERRUPTORES MOTORIZADOS

Permite gestionar las dos alimentaciones de energía para realizar un suministro alternativo o simultaneo. Esta particularidad lo convierte en un tipo conmutación muy útil en proyectos donde la fuente de emergencia se puede sincronizar con la principal. Los interruptores motorizados permiten una “vuelta sin cero” al suministro de la red principal, evitando que haya algún corte durante la conmutación de una fuente a otra.

CONMUTADOR MOTORIZADO

A diferencia de los dos anteriores, es un único dispositivo que activa una fuente de energía u otra a través de un mando motor interno. Además de su facilidad de montaje, su alta durabilidad y el gran número de maniobras que permite constituyen sus principales ventajas.

La selección del tipo de conmutación más adecuado viene marcada habitualmente por las dimensiones de la instalación y el presupuesto. Así, dependiendo del amperaje, suelen aplicarse las siguientes soluciones estándar:

¿Qué problemas sufren los cuadros de conmutación en emplazamientos con redes eléctricas inestables?

La transferencia de suministro de energía entre la red y el grupo electrógeno puede verse alterada cuando la instalación se encuentra en emplazamientos con una red eléctrica inestable. El equipo de Ingeniería de HIMOINSA ha detectado que los frecuentes cortes de suministro y en especial las sobretensiones provocan daños y fallos en el funcionamiento de los cuadros de conmutación que utilizan contactores con bobinas en corriente alterna (Vac) y conmutadores motorizados con mandos motor en corriente alterna.

En el caso de la utilización de contactores, se ha constatado un aumento significativo de incidencias en la instalación. Las constantes subidas de tensión en la red acaban dañando las bobinas del contactor y bloquean su funcionamiento impidiendo la conmutación cuando hay un fallo en la red.

En las parejas de seccionadores o en los conmutadores motorizados con mando motor en corriente alterna también se ha observado un gran número de incidencias. En este caso, los daños ocasionados por las sobretensiones en el mando motor o en las bobinas de apertura provocan que el conmutador no cambie de posición aunque reciba la orden de hacerlo, con el consecuente corte en el suministro. El problema se acentúa cuando la tensión de utilización se aproxima a las tensiones límites del rango de tolerancia del mando motor que establece su fabricante.

Soluciones de conmutación más adecuadas cuando el suministro principal de energía es inestable

Los fallos en la conmutación provocan caídas en el suministro final de energía, con las consecuentes pérdidas económicas que esto pueda ocasionar a su destinatario, además de los sobrecostes que conllevan las reparaciones y que encarecen la inversión realizada inicialmente.

La solución más habitual en estos casos es incluir descargadores de tensión en el diseño de la instalación. Sin embargo, aunque inicialmente pueden resolver el problema, son dispositivos que en el medio plazo también se deterioran con las sobretensiones de la red.

Por ello, para reducir las incidencias y garantizar la calidad y rentabilidad de la instalación, HIMOINSA recomienda unos tipos de cuadros de conmutación determinados cuando se tiene constancia de que van a estar ubicados en una región con problemas frecuentes en el suministro eléctrico.

1. Para un amperaje de hasta 3200A, recomendamos usar conmutadores motorizados con mando motor en corriente continua (Vcc), en lugar de voltaje en corriente alterna, para aislarlo de las fluctuaciones de tensión. Además, el mando motor debe ser de 12 Vcc ó 24 Vcc dependiendo de la tensión auxiliar de grupo electrógeno.

2. Para conmutaciones superiores a 3200A, recomendamos la utilización de una pareja de interruptores magnetotérmicos motorizados o interruptores seccionadores motorizados con bobinas y mando eléctrico de 24 Vcc.

De esta manera, usando una alimentación en corriente continua, los elementos de las conmutaciones más sensibles a las fluctuaciones de la red eléctrica, como son las bobinas y los mandos motorizados, quedan aislados de ellas aportando mayor durabilidad a la instalación.

Ahora bien, ¿de qué fuente debe realizarse la alimentación en corriente continua de esos elementos más sensibles? La respuesta más adecuada para cada proyecto la determinará exclusivamente un factor clave: el layout de la instalación y la distancia entre el ATS y el grupo electrógeno. Para determinar si la distancia es excesiva o no, tomaremos como parámetro la sección de cable necesaria para el consumo previsto. Se tendrá también en cuenta una caída de tensión dentro del límite recomendado para el elemento de la instalación que sea más restrictivo.

Cuando la distancia entre el cuadro de conmutación y el grupo electrógeno es tal que la sección de cable necesaria es inferior a 6-10 mm2, se recomienda que la alimentación se haga directamente del sistema eléctrico auxiliar del grupo, es decir, de las baterías del grupo.
Cuando la opción anterior no es viable y el grupo electrógeno está demasiado alejado del cuadro de conmutación, se recomienda utilizar un sistema propio de alimentación en corriente continua en el cuadro de conmutación, con cargador de baterías y baterías.

Conclusiones

La potencia suministrada, la tensión, la frecuencia de la red y el presupuesto no son las únicas circunstancias que influyen en la colocación de uno u otro tipo de conmutación. La previsión de sobretensiones e inestabilidad en la red principal ha de ser tenida en cuenta para prevenir futuras incidencias, fallos en la conmutación, y los consecuentes cortes en el suministro y sobrecostes en la instalación. Aislar los elementos más sensibles a las variaciones de tensión, como son las bobinas y los mandos motores de los sistemas de conmutación, permitirá prevenir estos fallos y

garantizar el correcto funcionamiento de los cuadros de conmutación en aquellos emplazamientos con redes inestables.

HIMOINSA fabrica cuadros de conmutación para realizar la transferencia de suministro de energía entre la red y el grupo electrógeno y puede ofrecerle el asesoramiento necesario sobre la instalación que mejor se adapte a las necesidades de su proyecto.

Antonio Moreno Carrasco. Ingeniero Industrial especializado en instalaciones eléctricas. Desde 2013 trabaja en el área de Ingeniería Comercial de HIMOINSA, en el estudio de viabilidad técnica y económica de proyectos especiales, asesorando sobre la calidad y costes de las soluciones de ingeniería para adaptar el producto a las necesidades de cada proyecto.